مواد معدنی و کانی‌ها در اثر فرآیندهای زمین‌شناسی تشکیل می‌شوند و معمولاً ماهیتی غیر آلی و جامد دارند. حدود ۹۹ درصد مواد معدنی در پوسته زمین از ۸ عنصر اکسیژن، سیلیکون، مس، آهن، کلسیم، سدیم، پتاسیم و منیزیم تشکیل شده است. همچنین مواد آلی کمی مانند نقره، طلا، الماس و غیره در پوسته زمین وجود دارد. امروزه بیش از هزاران کانی شناخته شده است اما فقط برخی از آن ها رایج هستند.
برای آشنایی با انواع گروه‌های مواد معدنی و شناسایی آنها بر اساس ترکیب شیمیایی، ساختار و همچنین انواع آن طبق قانون معادن کشور، تا انتهای این مطلب از سری مطالب آموزشی ماناماین با ما همراه باشید.
مواد معدنی چیست؟ راه های شناسایی مواد معدنی کدامند؟
کانی‌ها یا مواد معدنی (Minerals) مواد جامدی هستند که در طبیعت یافت می‌شوند و زنده نیستند. اتم‌های تشکیل دهنده یک ماده معدنی برای تشکیل یک کریستال به هم متصل می‌شوند. ترکیب شیمیایی یا انواع اتم‌ها در یک نوع کریستال مشخص، برای هر کریستالی از آن نوع، یکسان است؛ اگرچه ممکن است ناخالصی ها یا ماده ای که بخشی از کریستال نیستند را نیز شامل شود.
تعریف ماده معدنی طبق قانون معادن کشور به این صورت است که باید ترکیبات طبیعی و مواد جامد، گاز و مایع و حتی محلول در آب را که تحولات زمین شناسی باعث به وجود آمدن آنها شده است را بگنجانیم.
طلا، الماس، سنگ نمک و گرافیت مورد استفاده برای ساختن مغز مداد، نمونه‌هایی از مواد معدنی هستند. هر یک از این مواد معدنی متفاوت می‌باشند اما در بسیاری از مواقع، مواد معدنی شبیه یکدیگر هستند. یک تکه پلاستیک سبز رنگ ممکن است شبیه زمرد و یک قطعه بسیار شفاف کوارتز ممکن است شبیه یک الماس خشن باشد.خواص فیزیکی مواد معدنی مثل شکل بلور، رنگ و سختی کانی، خواص شیمیایی مواد معدنی مانند واکنش پذیری کانی با اسید و خواص نوری مواد معدنی در هنگام عبور نور از آنها همگی راه‌هایی برای شناسایی کانی‌ها و مواد معدنی هستند.
البته در طبقه بندی مواد معدنی تنها با یکی از این خواص، نمی‌توان نوع کانی را مشخص کرد بلکه با کنار هم قرار دادن چندین مشخصه می‌توان نوع و گروه‌بندی مواد معدنی را شناخت. خرید و فروش مواد معدنی فلزی و غیرفلزی نیز بر اساس طبقه بندی انواع مواد معدنی انجام می‌شود.
تاریخچه طبقه بندی مواد معدنی
از اواسط قرن نوزدهم، مواد معدنی بر اساس ترکیب شیمیایی‌شان طبقه بندی شده‌اند. بر این اساس، آنها بر اساس آنیون یا گروه آنیونی غالب خود (به عنوان مثال، هالیدها، اکسیدها و سولفیدها) به طبقات مختلف تقسیم بندی می‌شوند. دلایل متعددی استفاده از این معیار را به عنوان عامل متمایز کننده در بالاترین سطح طبقه بندی مواد معدنی توجیه می‌کنند:
با این حال، محققان دریافته‌اند که ترکیب شیمیایی به تنهایی برای طبقه بندی مواد معدنی کافی نیست. تعیین ساختارهای داخلی که با استفاده از اشعه ایکس انجام می‌شود، امکان درک کامل‌تری از ماهیت کانی‌ها را فراهم می‌کند.ترکیب شیمیایی و ساختار داخلی جوهر، یک ماده معدنی را تشکیل می‌دهند و خواص فیزیکی آن را تعیین می کنند. بنابراین در طبقه بندی مواد معدنی باید بر هر دو مورد توجه شود.اصول کریستالوشیمی (یعنی اصول مرتبط با ترکیب شیمیایی و ساختار بلوری) اولین بار توسط فیزیکدان انگلیسی W. Lawrence Bragg و کانی شناس نروژی Victor Moritz Goldschmidt در مطالعه کانی های سیلیکات استفاده شد.
که در زیر با تعدادی از کانی های سولفیدی پرکاربرد همچون سولفید سرب (PbS) و روی (ZnS) و مس (CuFeS۲) می پردازیم.
سولفید سرب و یا گالن (PbS)
گالن یا سولفید سرب یکی از مهمترین و اصلی‌ترین کانی‌های سرب می‌باشد و بیشتر با کانی اسفالریت همراه است. گالینا و یا همان گالن به عنوان یکی از ده کانی کشنده محسوب می‌شود.
سولفید روی و یا اسفالریت (ZnS)
اسفالریت یا بِلِند یکی از مهمترین سنگ معدنی های روی محسوب که در رگه‌های هیدروترمالی به صورت جزئی بوده و معمولا” همراه با گالن یافت می‌شود، همچنین در سنگهای آذرین و نهشته‌های دگرگونی مجاورتی نیز دیده می‌شود، اغلب منشاء گرمایی دارد.
نام اسفالریت در یونان به معنی «فرینبده» و یا «خائن» می‌باشد و به این دلیل كه ظاهراً شبیه گالن است ولی فاقد سرب بوده، به این نام نامگذاری شده است.
مهمترین مصرف آن در ساخت آهن گالوانیزه می‌باشد و از کاربردهای دیگر آن برای ساخت آلیاژ برنج در باتری‌های الكتریكی و ورقه‌های روی و همچنین در صنایع نقاشی نیز كاربرد دارد.
کالکوپیریت (CuFeS۲)
کالکوپیریت یکی از کانی‌های سولفیدی مس بوده که حاوی ۳۴.۶% مس است و ظاهری به رنگ زرد برنجی دارد که دارای انعکاس سبز رنگ می‌باشد. در زبان یونان کالکوس به معنای “مس” و پیر(Pur) به معنای “آتش” می‌باشد همچنین این کانی اولین بار در کشور چک اسلواکی پیدا شده است.
4- اکسیدها (Oxides) و هیدرواکسیدها (hydroxides)
مطلب مفید: مس اکسیدی و ویژگی‌های آن
که در زیر با تعدادی از کانی‌های اکسیدی پرکاربرد همچون اکسیدهای آهن (Fe۲O۳ , Fe۳O۴) و مس (Cu۲O) می‌پردازیم:
مگنتیت (Fe۳O۴) :
مگنتیت یک از کانه های اکسیدی آهن می باشد که به دلیل خاصیت مغناطیسی بالا که البته بالاترین خاصیت مغناطیس را در بین کانه ها دارد به این نام نامگذاری کرده اند و متشکل از یک سوم آهن دوظرفیتی (FeO) و دوسوم آهن سه ظرفیتی (Fe۲O۳) می باشد و به دلیل فرآوری راحت تر آن بسیار مورد توجه بازار قرار گرفته است و حاوی ۷۲.۳% آهن می باشد.
این کانه دارای رنگی تیره با رنگ خاکه مشکی بوده و یکی از راه های تمایز آن با هماتیت همین موضوع رنگ خاکه است.
هماتیت در اصطلاح لغتی به معنای خون قرمز بوده و یک آهن سه ظرفیتی می باشد و حاوی ۷۰ درصد آهن است.
این کانه دارای رنگ قرمز تا قهوه ایی و مشکی وجود دارد و دارای جلای فلزی مات است و همچنین رنگ کانه آن قرمز می باشد.
کاربرد آن در صنایع فولاد، سیمان و رنگرزی است و در صورتی که سنگ آن برش خورده و تراش داده شود به عنوان حدید در زیورآلات مورد استفاده قرار می گیرد.
کوپریت (Cu۲O) :
کوپریت یکی از کانی های اکسیدی مس محسوب می شود که حاوی ۸۸.۸% مس می باشد. و دارای رنگ قرمز تا قرمز تیره و گاهی سیاه رنگ می باشد و دارای رنگ خاکه قرمز آجری است. این کانی جزء کانی های اصلی تولید مس محسوب می شود.
که در زیر با تعدادی از کانی‌های کربناتی پرکاربرد همچون کربنات روی و مس می پردازیم:
کربنات روی و یا اسمیت زنیت (ZnCO۳) :
جزء کانی‌های کربناته روی محسوب می شود و به اصطلاح کالامین و یا اسپار نیز گفته می شود و یکی از کاربردهای آن در زندگی روزمره در پمادهای گزیدگی می باشد.
کالامین یکی از انواع ماده معدنی روی است که در معدن سرب و روی مهدی آباد یزد بدست می آید.
اسمیت زونیت در صنایع مختلفی همچون صنایع داروسازی و لوازم آرایشی و بهداشتی و تولید آلیاژ و حفر چال های عمیق و کشاورزی و … کاربرد دارد.
در صورتی که هنگام نفس کشیدن در معرض این ماده قرار بگیرید ممکن است دچار عوارضی از جمله :
مالاکیت (CuCO۳.Cu(OH)۲) :
یکی از کانه‌های هیدرواکسد کربناتی مس محسوب می‌شود که حاوی ۵۵.۷% مس می‌باشد و دارای رنگی سبز می‌باشد و جزء اولین کانی‌های تولید مس بوده است ولی در حال حاضر بدلیل کم بودن ذخایر آن و همچنین می‌توان بعنوان سنگهای نیمه قیمتی به فروش رسانده شود، دیگر برای تولید مس استفاده نمی‌شود.
برای تشخیص مالاکیت راه ساده‌ای در پیش هست بدین صورت که علاوه بر رنگ خاص سبز آن می‌توان از اسیدهای رقیق نیز استفاده کرد، زیرا مالاکیت در این اسیدها به خوبی واکنش نشان می دهد.
مواد معدنی بر اساس شکل بلوری و شیمی آنها طبقه بندی می شوند. طبقه بندی مواد معدنی به دو نوع فلزی و غیرفلزی انجام گرفته است.
1- مواد معدنی فلزی (Metallic Minerals)
کانی های فلزی همان‌طور که از نام آن پیداست، کانی‌هایی هستند که حاوی یک یا چند فلز هستند و از یک یا چند عنصر فلزی تشکیل شده اند و ظاهری درخشان دارند.این گروه های مواد معدنی معمولاً به صورت ذخایر معدنی به وجود می آیند و رسانای خوبی برای الکتریسیته و همچنین گرما هستند. آن ها به عنوان منبع بالقوه فلز به کار می روند و می توانند از طریق معدنکاری استخراج شوند.با این حال، کانی های فلزی می توانند شکننده باشند و تمایل به نقطه ذوب یا جوش پایین دارند. آن ها انعطاف پذیر هستند، یعنی می توانند بدون شکستن تغییر شکل دهند و به استثنای جیوه معمولاً در دمای اتاق جامد می باشند.منگنز، مس، طلا، نقره، انواع سنگ آهن و بوکسیت نمونه هایی از کانی های فلزی هستند. خود کانی های فلزی هم به کانی های فلزی آهنی و غیرآهنی تقسیم می شوند. کانی های آهنی به موادی گفته می شود که حاوی آهن هستند و کانی های غیرآهنی آن هایی هستند که آهن ندارند.
2- مواد معدنی غیرفلزی (Non-metallic minerals)
در طبقه بندی انواع مواد معدنی ذخایر معدنی غیرفلزی شامل معادن سنگ و خاک رس و شن و ماسه است. کانی های غیرفلزی حاوی عناصر فلزی نیستند، در عوض از عناصر شیمیایی تشکیل شده اند که معمولاً خواص یا ویژگی های فلزات را ندارند.
آن ها دارای طیف وسیعی از خواص فیزیکی و شیمیایی هستند، از جمله داشتن رسانایی حرارتی و الکتریکی کم، که باعث می شود اساساً عایق های خوبی در برابر الکتریسیته و گرما باشند. آنها همچنین مقاومت بالایی در برابر مواد شیمیایی و خوردگی نشان می دهند.
فلزات قابل استخراج در ترکیب شیمیایی این گونه کانی ها وجود ندارد. خاک رس، الماس، دولومیت، کوارتز، سنگ آهک، گچ و میکا نمونه هایی از کانی های غیرفلزی هستند.
در طبقه بندی، مواد معدنی فلزی و مواد معدنی غیرفلزی چه تفاوت هایی باهم دارند؟
در راستای طبقه بندی مواد معدنی، تفاوت اصلی بین مواد معدنی فلزی و مواد معدنی غیرفلزی این است که کانی های فلزی معمولاً از سنگ معدن به دست می آیند در حالی که کانی های غیرفلزی از سنگ ها و کانی های صنعتی تهیه می شوند.از این رو برای تشخیص دقیق تر و تخصصی تر از مشاوره تخصصی معدن استفاده نمایید.
۴ نوع اصلی طبقه بندی مواد معدنی طبق قانون معادن کشور
طبقه بندی اول
مواد معدنی همچون سنگ آهک، سنگ گچ، شن و ماسه معمولی، خاک رس معمولی، صدف دریائی، پوکه معدنی، نمک آبی و سنگی، مارن، سنگ لاشه ساختمانی و…
طبقه بندی دوم
مواد معدنی همچون آهن، طلا، کرم، قلع، جیوه، سرب، روی، مس، تیتان، آنتیموان، مولیبدن، کبالت، تنگستن، کادمیوم و سایر فلزات، نیترات ها، فسفات ها، براتها، نمک های قلیائی، سولفات ها، کربنات ها، کلرورها، میکا، گرافیت، تالک، کائولن، نسوزها، فلدسپات، سنگ و ماسه سیلیسی، پرلیت، دیاتومیت، زئولیت، بوکسیت، خاک سرخ، خاک زرد، خاک های صنعتی، سنگ های قیمتی و نیمه قیمتی مانند الماس، زمرد، یاقوت، یشم، فیروزه، انواع عقیق، انواع سنگهای تزئینی و نما، انواع زغال سنگ‌ها و شیل های غیر نفتی
طبقه بندی سوم
کلیه هیدروکربورها همانند:نفت خام، گاز طبیعی، قیر، پلمه، سنگ های نفتی، سنگ آسفالت طبیعی و ماسه‌های آغشته به نفت، به استثنای ذغال سنگ
طبقه بندی چهارم
کلیه مواد پرتوزا
سوالات متداول
ساختار مواد معدنی چگونه است؟
ساختار مواد معدنی یک جامد غیر آلی و کریستالی شفاف است که توسط فرآیندهای طبیعی تشکیل شده و دارای ترکیب شیمیایی مشخصی است. طبقه بندی مواد معدنی را می توان با خواص فیزیکی مشخصه آنها مانند ساختار کریستالی، سختی، رگه ها و شکافندگی انجام داد.